【発明の詳細な説明】
高温廃棄物処理の方法およびシステム発明の背景
本発明はおおむね廃棄物(waste materials）処理の方法およびシステム、特に
非常に高い温度を適用して放射性廃棄物および他の危険物(hazardous material)
を破壊し、処理する方法およびシステムに関する。
危険性廃棄物の廃棄は、米国および他の場所でも継続的な問題である。過去に
は、危険性廃棄物は単に埋め、地下の埋立地に放置しておくことが最も多かった
。しかし、埋めた廃棄物が、例えば地下水に浸出するなどして、埋立地から環境
へと漏れ出る危険が常にある。
固形廃棄物を非常に耐久性のある材料の内部に封入することにより、環境汚染
から保護する努力がなされてきた。例えば、固形廃棄物をドラム缶に封入し、コ
ンクリートで固め、環境的に安定したガラス質材料に封入してきた。しかし、こ
れらの梱包方法は間題がある。危険物が環境に放出されるのを防止するため、梱
包材または容器が損なわれていないことを保証するため、多大な注意を払わなけ
ればならない。これは、放射性廃棄物の場合に特に困難である。放射性廃棄物に
は、半減期が非常に長く、数千年も危険な状態にあるものもあるからである。ま
た、梱包材は廃棄物自体の質量および体積を大幅に増加させ、したがって大量の
本質的ではない材料を輸送し、埋めるか保存しなければならない。
また、危険性廃棄物を梱包するためにこれまで知られている方法は、危険性の
特定の過酷さに従って廃棄物を分離するには、それほど寄与しない。例えば、原
子力発電所施設からの放射性廃棄物は、非常に放射性の高い廃棄物、放射性はそ
れほど高くないが、それでも高度に汚染されている建設材料、および軽度にしか
汚染されていないような使用済みの衣類や保護具を含むことがある。これらの種
々の材料は、様々な程度の危険を示し、その取扱いと廃棄に多少の注意を必要と
することがある。さらに、材料が異なれば、処理から影響を受ける方法が異な
る。にもかかわらず、これらの異なる材料は、通常は廃棄前に分離されない。そ
の結果、他の方法で望まれるより多くの廃棄物が廃棄され、より多くの費用が発
生することがある。しかし、廃棄物の選別および分離は困難で、廃棄作業者に多
大な被爆の危険を与えるような危険性のある手順である。これも、危険性廃棄物
の安全かつ永久的な選別に関わる費用および困難を増加させる。
より最近では、危険性廃棄物を非常に高温で破壊し、処理するシステムおよび
方法が考案された。例えば、危険性廃棄物をプラズマ・トーチ、つまり摂氏一万
度のオーダー(order of ten thousand degrees centigrade)で温度を発生させる
ことができる装置を使用して破壊することが示唆されている。
このような非常に高温の方法は、危険性廃棄物の重要で非常に問題のあるカテ
ゴリーの一部を破壊し、無害化することができる。例えば、有毒なポリ塩化ビフ
ェニル（ＰＣＢｓ）は、十分に高い温度で分解し、無害化される。さらに、「鋭
利物(sharps)」や他の危険な医療品などの極めて危険な医療廃棄物は、比較的穏
やかな熱でも殺菌される。
高温廃棄物廃棄法は、廃棄物を生得的に分離し、選別するという点で、さらに
有利である。これらの方法に用いる非常に高い温度では、廃棄物の多くが酸化し
、熱分解し、揮発して高温のガス状流出蒸気になる。これで、ガス状流出蒸気は
、従来通りの大気汚染防止装置で処理可能である。処理後は、生成したクリーン
なガス蒸気を大気中に放出できる。
廃棄物の多くが揮発するので、主に金属および無機化合物で構成された廃棄物
の密度の高い方の留分(denser parts)は、溶解して溶融液溶融物質(molten 1iqu
id melt material)を形成する。この溶融物質は、さらに２つの留分(fractions)
に分離され、第１の留分は実質上、比較的密度の高い溶融金属で構成され、第２
の「スラグ(slug)」留分は、分離し、金属留分の頂部に浮かぶ傾向がある。所望
の場合、さらなる処理および保存のために、次に種々の手段および方法により、
スラグ留分を金属留分から分離することができる。
危険性廃棄物を非常に高い温度で処理するため、種々の方法およびシステムが
提示され、試みられてきたが、その技術はまだそれほど開発されていず、方法お
よびシステムはまだ開発の余地が大きい。したがって、非常に高温の熱源を適用
することにより、危険性廃棄物を処理する改良型の方法およびシステムに対する
明確な需要が存在する。
このような改良型の方法およびシステムは、廃棄物が一定の制御可能な速度で
高温領域に入るよう、制御され連続する処理を提供することが望ましい。また、
新しい方法およびシステムは、ドラム缶全体または他の廃棄物容器を、実質的に
予備選別または破砕する必要なく処理でき、種々の廃棄物および種々の組成を含
む１１５リットル、２１０リットルまたはそれ以上の無傷のドラム缶(intact dr
ums)を処理できることが望ましい。システムは単純、頑丈、かつ信頼性が高く、
それほど保守を必要とせず、システム構成要素のモジュール式設計により、いか
なる保守も単純化されることが望ましい。
さらに、改良型の方法およびシステムは、処理済み廃棄物をその構成部品に都
合よく分離するのを容易にし、廃棄物の大きい留分を揮発させてガス状流出蒸気
を発生するよう運転でき、ガス状流出蒸気をその後、大気中に安全に放出するた
め、処理できることが望ましい。さらに、残りの廃棄物を少なくとも２つの留分
、つまり比重が高い比較的高密度の溶融金属留分と、金属留分より実質的に比重
が低い比較的低密度の「スラグ」留分とに分離し、２つの留分は、単純で信頼性
が高く、非常に制御可能な手段を用いて、長期保存または廃棄のために別個の部
分に分割できることが望ましい。以上およびその他の利点が、以下でさらに詳細
に述べる本発明により提供される。発明の概要
本発明は、上記のニ−ズに対応し、上記の利点を提供するものであるが、種々
のタイプの廃棄物を処理する方法およびシステムである。システムは、主たる構
成要素として溶融システムと大気汚染防止システム(air pollutioncontrol syst
em)を含む。溶融システムは、幾つかの要素およびサブシステム、つまり廃棄物
供給システム、プラズマ室という形態の廃棄物処理室、プラズマ・トーチ装着ア
センブリに装着したプラズマ・トーチ、炉床、炉床スプール区間、溶融物
収集室、および２次室を含む。大気汚染防止システムは、蒸発冷却器、１つまた
はそれ以上のパルスジェット織物フィルタ・バッグハウス(pulsed-jet fablic f
ilter baqhouses)、１つまたはそれ以上の高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィル
タ・バンク(banks)、全急冷スクラバ(scrubber)を備えた湿式充填床、再加熱装
置、誘引（ＩＤ）通風機(induced draft fan)、オフガス(offqas)再循環システ
ムおよび煙突を含む。プラズマ室および２次室での反応を促進するため、反応体
給気システム(reactant air supply system)を含んでもよい。
システムは、ドラム缶の前処理をほとんど、または全く必要とせずに、廃棄物
の未開封で満杯のドラム缶を処理するよう装備される。廃棄物のドラム缶を供給
室に装填して、廃棄物供給システムによって低速の制御された方法でプラズマ室
に供給し、そこで満杯のドラム缶およびその内容を１次処理する。プラズマ室内
で、廃棄物の有機成分は揮発、熱分解および／または部分的に燃焼され、その間
に金属および他の無機材料は炉床の溶融池(molten pool)で受け入れる。溶融池
は、金属相とガラス相との両方で構成され、これは別々の方法で別個に除去され
る。プラズマ室からのオフガスは、送風管で２次反応室に送られ、そこで過剰空
気と接触する。天然ガス・バーナーを使用して２次室を予熱し、運転中に補助熱
および連続的な点火源を供給する。２次室にある間に、オフガスが過剰な酸素と
反応して、残っている有機物質がほぼ全部破壊されることをさらに保証する。
２次室を出た後、誘引通風機により、システムの残りを通じてオフガスを抜き
取る。オフガスは、最初に蒸発冷却器内で部分的に急冷され、比較的大きい粒子
を除去するためにバッグハウスに導入され、次に比較的細かい粒子を除去するた
めにＨＥＰＡフィルタ・バンクで処理される。ＨＥＰＡフィルタ・バンクから出
た後、オフガスは水焼入れでほぼ飽和し、酸性気体を除去するために充填床スク
ラバを通す。次に、クリーンな飽和オフガス(saturated offqas)は蒸気を除去さ
れ、誘引通風機に通す前に飽和温度より上まで再加熱する。誘引通風機の後、オ
フガスの一部は再循環して供給室、プラズマ室および／またはスクラバに戻し、
残りの部分は煙突を通して大気中に排気する。
溶融システムのプラズマ室は、連続的またはバッチ(batches)式に運転すると
、溶融（処理）モードおよび収集（注入）モードを準備する。炉床は、溶融モー
ド中に横、縦または回転軸または面に対してほぼいかなる動作もないよう、溶融
モード中は静止状態に維持すると有利である。このような状態で、湯内の妨害は
ほぼ最小限に抑えられ、スラグ相を金属相から分離することができる。
相の分離および保持を容易にするため、炉床には底流堰を設け、１つの深さを
有する主区画と、それより深い箇所で底流堰によって分離される側区画とを生成
する。区画ごとに別個の注ぎ口があるので、「軽い方の」スラグ相と「重い方の
」金属相は、相互汚染が最小限の状態で炉床から独立して注ぐことができる。
収集モード中に炉床から注ぐことができるよう、傾斜機構を設ける。オペレー
タが開始し、オペレータが制御する注入を可能にする制御機構があるので、傾斜
機構によって炉床を、旋回運動と並進運動とを組み合わせた明確な方法で移動さ
せることができ、これはプラズマ室への応力と湯の妨害を最小限に抑える。一つ
の実施例では、旋回リンクおよびスライダの配置構成により、炉床は垂直にほぼ
並進し、一方向に傾斜してから、反対方向に傾斜することができる。
炉床は、廃棄物をプラズマ室に導入する供給領域の下に、傾斜した処理区域を
配置するようにも構成される。傾斜区域によって、廃棄物を炉床に収容される溶
融池に徐々に導入し、プラズマ室やその耐火性ライニングへの応力を高める傾向
があるいかなるはね返りも最小限に抑えることができる。本発明のシステムの炉
床は、溶融モード中は静止するが、プラズマ・トーチは３本の垂直軸線に対して
移動し、炉床内の溶融湯(molten bath)の完全な処理を確保する。複数の接地電
極を、アークが炉床内の様々な場所に優先的にまたは選択的に移動するよう、炉
床内に巧みに配置する。このような状態で、溶融湯の徹底的な処理が達成され、
注入および収集プロセスが促進される。一つの実施例では、中心接地用導体と周
辺接地用導体とを設け、中心接地用導体は、炉床の主区画のほぼ中心に配置され
、周辺接地用導体は、底流堰に隣接して配置される。湯を中心接地用導体から底
流堰へと案内するのに役立てるため、中心接地用導体に外接する隆起領域を炉床
内に設ける。
本発明のシステムの溶融システムは、プラズマ室、炉床および溶融物収集シス
テムを、システムを運転するために容易に接合し、保守などのために分離できる
よう、モジュール式設計を使用する。 全体として、システムは処理中に最小限
の動作を行い、装置の故障を減少させて、プロセスの信頼性を向上させる。
処理プロセスの積極的な性質を認識して、様々な廃棄物について適宜種々の室
内で雰囲気の融通性(fiexiblilty)を獲得し、それを制御できるよう、反応物給
気システムを設けてもよい。例えば、オペレータが制御して、プラズマ室内の上
下のレベル間で空気を分割すると、運転条件（つまり反応の化学量論的性質（re
action stoiChiometry）を適宜修正し、変更することができる。
本発明の他の特徴および利点は、好ましい実施例に関する以下の詳細な記述を
、例証により本発明の原理を示す添付図面類と組み合わせて考慮すると明白にな
る。図面の簡単な説明
本発明について、添付図面類に関してさらに詳細に説明する。
図１は、本発明に使用するシステムの概略図である。
図２は、本発明を実現するシステムの第１の立面図である。
図３は、図２で描いたシステムの平面図である。
図４は、本発明とともに使用するプラズマ室を示す立面図である。
図４Ａは、図４に示したプラズマ室の部分断面図である。
図５は、図２から図４に示すシステムに使用する炉床の平面図である。
図５Ａは、本発明に使用する炉床の独特な動作パターンを示す部分立面図であ
る。
図６は、図５で描いた炉床の線Ａ−Ａに沿って切り取った断面図である。
図７は、図５で描いた炉床の線Ｂ−Ｂに沿って切り取った断面図である。
図８は、本発明に使用する炉床スプール区間と溶融物収集室の上面図である。
図９は、本発明に使用する回転弁と溶融物収集室の上面図である。
図１０は、本発明に使用する反応物給気システムの概略図である。好ましい実施例の説明
高温廃棄物処理のシステム１０が図１に図示され、これは固体および／または
液体形態の危険性廃棄物、放射性廃棄物、および混合（つまり危険で放射性の）
廃棄物を処理できるプラズマ炉床プロセス（ＰＨＰ）を使用する。システム１０
は、熱量が低く、金属およびガラス含有率が高い、または含水率が高い有機およ
び無機スラッジを有する廃棄物を処理することができ、有機スラッジは極めてア
グレッシブな環境(aqqressive environment)を生み出すことが知られている。シ
ステム１０は、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱量が高い廃棄物、または
四塩化炭素、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、トリクロロエタンなどの塩素が多い廃
棄物も処理することができる。システム１０は、金属、ガラス、木材、紙、プラ
スチック、およびその他の破片などの廃棄物の異種混合物、およびバッグハウス
・フィルタ・バッグ、バッグハウスで収集したフライアッシュ(flyash)、使用済
みＨＥＰＡフィルタ、および他のプロセスの廃棄物などの二次処理廃棄物さえも
処理することができる。
システム１０で処理する廃棄物は、例えば１リットルから３５０リットルなど
の様々なサイズであるが、通常は約２１０リットルの未開封で満杯のドラム缶１
２に収容することができる。ドラム缶１２は、金属、合金、プラスチックまたは
ファイバーボードなど、種々の材料で構成することができる。
システム１０は、主構成要素として溶融システム１４および大気汚染防止シス
テム（ＡＰＣＳ）１６を含む。図２および図３も参照すると、溶融システム１４
は幾つかの要素およびサブシステムを含む。つまり廃棄物供給システム１８、プ
ラズマ室２０の形態の廃棄物処理室、プラズマ・トーチ装着アセンブリ２４に装
着したプラズマ・トーチ２２、炉床２６、炉床傾斜機構２９を収容する炉床スプ
ール区間２８、溶融物収集室３０、およびサイクロン二次室３２である。大気汚
染防止システム１６は、蒸気冷却機３４、並列運転される１つ以上のパルスジェ
ット・バッグハウス・フィルタ３６、１つまたはそれ以上の高性能微粒子除去（
ＨＥＰＡ）フィルタ・バンク３８、全急冷(full quench)を備えた湿式充填床ス
クラバ３９、デミスタ(demister)４９、再加熱装置４１、誘引（ＩＤ）通風器
４２、オフガス再循環システム４４および煙突４６を含む。
図４も参照すると、廃棄物供給システム１８は、ドラム缶１２を低速および制
御された状態でプラズマ室２０に供給し、大量の材料を即座にプラズマ室２０に
供給した結果生じるプロセスの混乱をほぼなくすことによって、制御された処理
を可能にする。低速で制御された供給は、廃棄物または供給物が炉床２６へ滴下
されて溶融することも保証し、したがって供給物は炉床２６の溶融池に入る前に
ほぼ処理される。したがって、急速な揮発が制御され、廃棄物の破壊効率および
湯(melt pool)の均一性が向上する。
図３および図４から最もよく分かるように、廃棄物供給システム１８は、プラ
ズマ室２０の内部空洞５２に供給する入口通路５０を規定する、ほぼ水平の円筒
形水冷式供給室４８を含むことができる。供給室４８は、ドラム缶を装填する空
気閉塞システム５４（図３）、および廃棄物のドラム缶をプラズマ室２０に供給
する可変速液圧システム５６とを装備してもよい。廃棄物ドラム缶１２がプラズ
マ室２０内の非常な高温に曝されるので、プラズマ室に隣接する供給室４８の区
間は耐火材で裏打ちし、供給室４８の残りの部分は低温壁の設計を組み込むこと
ができる。高温および低温の耐火材は、以下でさらに詳細に述べるように、プラ
ズマ室２０で使用するものと同様でよい。
空気閉塞システム５４（図３）は、外扉５８、空気閉塞室６０、液圧作動の内
扉６２、およびドラム缶１２を空気閉塞室６０から供給室４８へ移動させる液圧
操作の移送機構で構成される。空気閉塞室６０は、ドラム缶の装填中、システム
１０内の圧力、温度、およびオフガス流量に関して安定した状態を維持する。空
気閉塞システム５４を設けない場合、供給室４８にアクセスすると、システム１
０内で維持された大気圧より低い圧力のせいで、空気の大波がプラズマ室２０に
入り、プロセスの制御が困難になる。また、空気閉塞システム５４は、放射性廃
棄物の処理時に、システム１０が汚染を防止できるようにする。
供給室４８は、複数のドラム缶１２を保持し、それを順番に供給する。したが
って、ドラム缶１２は空気閉塞室６０に水平に装填され、供給室４８に移送され
て、プラズマ室２０に向かって軸方向に移動し、そこで低速かつ制御された方法
で処理される。
図示のように、廃棄物供給システム１８は液圧装置５６を含む。一つの実施例
では、廃棄物ドラム缶は、図４で最もよく示されるように、ベーズに囲まれ、２
本の外部液圧ラム６４ａによってヨーク構成を介して駆動される供給ラム(feed
ram)６４によって、プラズマ室２０へと供給される。ラム６４Ａは、連続的に運
転できるようにし、ラム６４Ａの前ストローク速度は、１時間にドラム缶１本か
ら３本をプラズマ室２０に供給するよう調整することができる。しかし、廃棄物
のタイプに応じて、供給速度は、Ｂｔｕ（英熱単位）が高い廃棄物の約１３５ｋ
ｇ／時間からＢｔｕが低い廃棄物の６８０ｋｇ／時間までの範囲にできることが
理解される。廃棄物供給の中断を最小限に抑えるため、ラム６４Ａの収縮速度は
比較的高速で作動できるようにする。供給ラム６４には、ドラム缶１２と接触す
るプランジャ・ヘッド６６を装備する。供給ラム６４の位置は、運転制御のため
に、プロセス制御パネル上に表示してもよい。ちなみに、ベローズおよびヨーク
構造は、放射性汚染に対する追加的措置として設けられることが理解される。
ドラム缶１２は、栓(bungs)の中に設置された通気孔およびＨＥＰＡカートリ
ッジを有することができる。ドラム缶１２を通気するため、供給室４８に装填す
る前、またはプラズマ室２０に入る前に、ドラム缶パンチャー６８によりドラム
缶の蓋に穿孔することができる。ドラム缶１２の通気は、廃棄物がプラズマ室２
０の高温領域に入るにつれ、その揮発のためにドラム缶が加圧される可能性を低
下させる働きをする。ドラム缶１２を穿孔しないと、破裂する前に可燃性ガスま
たは爆発性ガスで加圧されることがある。ドラム缶１２を穿孔し、リサイクルし
た煙道ガス(flue gas)または窒素ガスの連続的なパージ流を供給室４８に通すこ
とによって、供給室４８またはドラム缶１２内に爆発性ガスが蓄積する可能性が
大幅に減少する。
システム１０の一つの実施例では、ドラム缶１２は異なる方向から同時にプラ
ズマ室２０に入ることができる。プラズマ・アークからのエネルギーは放射状に
放射するので、複数の方向から供給すると、プラズマ・アーク・エネルギーの効
率的な消費を促進し、システム１０のスループット(throuqhput)を向上させる。
そのため、溶融システム１４は、二重に供給するため、第２入口通路８２を規定
する追加の廃棄物供給システム８０（図４）を含む。追加のシステム８０は、供
給システム１８と同様の方法で作動する個々の室、空気閉塞および液圧システム
を装備する。全ての複数供給システムの場合、大部分の時間で少なくとも１つの
満杯のドラム缶が、供給ラム６４の１つとプラズマ室２０との間にある。個々の
廃棄物供給システムを使用していない場合、複数供給入口通路の任意の１本を密
封してもよい。
図２および図４を参照すると、プラズマ室２０は供給システム１８とトーチ２
２と炉床２６との間の収束区域を規定する。プラズマ室２０は、運転中、炉床２
６と効果的に統合され、したがって炉床がプラズマ室２０の底部として作用する
。プラズマ室２０は、廃棄物処理プロセスが開始する内部空洞５２を提供するよ
う、様々な方法で構成してよい。一つの実施例では、プラズマ室２０は二重壁で
垂直方向の円筒形デザインで、ドーム形の頂部８６を備える。室２０は、約２．
７５メートルの外径および約２．５メートルの高さ寸法を有してもよい。プラズ
マ室２０は、異なる形状および容積の内部空洞を提供するよう、簡単に変形でき
ることが分かる。
プラズマ室２０の頂部８６は、プラズマ・トーチ２２を挿入し、炉床２６に向
かって下方向に配向し、プラズマ室２０の内部空洞５２内に配置する開口部を設
けるよう構成されたフランジ付き開口部８８を装備する。開口部８８はあるが、
オペレータまたは職員によるプラズマ室２０へのアクセスは、以下でさらに詳細
に説明するよう、炉床２６を下げることによってほぼ達成される。
プラズマ室２０の内部空洞５２の温度は摂氏数千度（しかし通常は摂氏約１，
２００度から１，３７０度の間）に到達するので、プラズマ室２０は耐火材で裏
打ちし、室２０外殼の二重壁のデザインは、隙間冷却流体システム９８を含むこ
とができる。そのため、室２０は最大熱負荷状態で温度密度が３３６ｋＷ／ｍ3
以上にもなるようなサイズにすることができる。
図４Ａで示すように、プラズマ室２０の耐火材は、高温の表面耐火材９４と低
温の表面耐火材９６を含む層状の構造で配置される。高温表面耐火材９４は、プ
ラズマ室２０内の超高温およびシステム１０の正規運転中に遭遇するプロセス・
ガスからの強力な化学的攻撃に対する抵抗力に基づいて選択される。低温の表面
耐火材９６は、高温の表面耐火材との適合性および例えば水ジャケットなどの冷
却流体システム９８への熱損失の最小化に基づいて選択される。
プラズマ室２０の一つの実施例では、高温面耐火材７４は、例えば厚さ約２３
．０ｃｍの７０％のアルミナれんがの層を含み、低温表面（絶縁）耐火材は、例
えば厚さ約１１．４ｃｍの１６５０℃の絶縁耐火れんがなどの層を含む。さらに
、プラズマ室２０のドーム形頂部８６は、例えばセラミック・アンカーで支持さ
れた厚さ３０．０ｃｍで約７０％アルミナ・ラマブル・プラスチック耐火物(alu
mina ramable plastic refractory)などの層を含む。また、冷却システム９８の
水ジャケットは、プラズマ室２０の二重壁外殻を通る強制対流を利用することが
できる。一般に、流体冷却システムは安全な外面温度を提供し、プラズマ室２０
内に積極的な密封と大気圧より低い圧力を維持できるよう、室２０の外殻の温度
および熱膨張を制限する。
さらに熱損失を最小化し、Pacmastic 325(Reg．Tm)などの酸性気体凝縮物から
保護する腐食バリアを提供するよう設計されたコーティングを、低温表面耐火材
９６と水ジャケット９８との間に配置することができる。
溶融システム１４の構成要素のほぼ全部がプラズマ室２０と対合した状態で、
プラズマ室２０は通常、溶融システム１４の１次構造部材と見なされる。したが
って、プラズマ室２０は例えば支持表面または地面９２に取り付けられた脚部９
０などによってしっかり支持される。
プラズマ室２０は、例えば室２０の制御下の加熱および冷却に使用する天然ガ
ス点火バーナー１０２を収容する、反応体空気を内部空洞52にできるようにする
、ビデオ・カメラ１０３、種々の温度、圧力測定装置などの画像捕捉装置を収容
するなど、種々の目的のために、円筒形の壁８４に開口部または口１００を設け
ることができる。
上述したように、プラズマ室２０は廃棄物供給システム１８から廃棄物ドラム
缶１２を受けるよう構成される。ドラム缶１２は、ドラム缶１２がプラズマ室２
０に入るにつれ、内部に含まれる廃棄物およびドラム缶１２自体を溶融、反応お
よび／または揮発させるのに十分な非常に高温に曝される。そのため、プラズマ
・トーチ２２は、ドラム缶１２と廃棄物の両方を溶融、反応および揮発させてオ
フガスおよび湯またはたまり(pool)にする熱を提供する。
図４を参照すると、プラズマ・トーチ２２は、フランジ付き開口部８８を通っ
てプラズマ室２０内へと延在し、プラズマ室２０を加熱するよう配置される。特
に、プラズマ・トーチ２２はドーム形頂部８６に対して垂直の角度で、プラズマ
室２０を貫通する。
プラズマ・トーチ２２は移行式で、公称出力が１．２ＭＷであるが約６００ｋ
wまで下がるよう調節可能なRetechTMモデルRP-600Tでもよい。トーチ２２はカリ
フォルニア州UkiahのRetech，a Division of M4 Environmental Technoloqies I
nc.から入手できる。プラズマ・トーチ２２は水冷で、トーチ冷却システム１０
６への熱損失を最小限に抑える絶縁シュラウドを提供する高温耐火材を装備する
ことができる。一つの実施例では、絶縁シュラウドはHarbison Walker Novacon
65(Reg．TM)などの高温アルミナ耐火材で構築する。
確かに、トーチ２２は、トーチ搭載アセンブリ２４の一部であるサーボ機構位
置決めシステムによって可能なように、３つの動作方向に移動できる。炉床２６
は溶融モード中は静止状態であるが、トーチ２２はオペレータが選択したパター
ンで移動させ、廃棄物の効果的な処理を促進することができる。そのため、トー
チ２２は第１動作軸に沿って室２０内へ延在したり、そこから引っ込んだりする
ことができる。トーチ２２は、図示のような垂直方向からある角度で傾斜させる
こともできる。トーチ２２は２つの別々で垂直の方向に傾斜する。したがって、
トーチ２２は両方向の動作を制御し、電極端部を室２０内で弓形パターンで移動
させるよう移動することができる。手動オーバーライドで自動制御することによ
り、トーチ２２はこの３つの自由度を中心に操作し、破線で示すようにプラズマ
室２０の内部の部分円錐を規定する行程容積を通って電極端部を移動させる。シ
ステム１０の典型的な運転では、トーチ２２からのアークは炉床２６内に含まれ
る湯に移行し、そこで電流が湯を通って、以下でさらに詳細に述べる炉床２６に
統合した１つ以上の大地電位端子(qrand potential terminations)へ流れる。
湯中のプラズマのエネルギーとジュール熱との両方を利用することにより、シ
ステム１０がプラズマ室２０内で発生する溶融生成物の温度はさらに高くなる。
このように温度が高くなると、処理の融通性と制御が大きくなり、はるかに安定
したガラス質物質が生産される。温度が高くなると、使用できるガラス形成化合
物のパーセンテージが非常に上がるが、炉床２６から容易に注入できるほど溶融
生成品の非粘性が十分に維持される。さらに、トーチの動作とジュール熱とを組
み合わせると、湯中の混合と反応が向上し、廃棄物の破壊効率および最終ガラス
質生成物の均一性および品質がさらに改善される。確かに、接地電極により、ジ
ュール熱を炉床２６内の物質に適用することができ、これは廃棄物の処理を補助
し、完全に溶融した金属相を維持するのに役立つ。
トーチ２２は、１次プラズマ・ガスとして窒素を使用してもよいが、始動およ
びトーチの最適化のために、ヘリウム、アルゴン、空気または他の気体を適宜、
窒素と組み合わせて使用してもよい。プラズマ質２０内に、始動中およびトーチ
２２が消えた場合の再着火中にアークを開始できるよう、プラズマ・トーチ２２
の代替始動／接地路９５を設けてもよい。始動機構９５は、トーチ２２が消え、
湯が固化した場合に、アークを再確立するのを容易にする。
始動機構９５は、例えば中実の鋼鉄棒、中実の炭素棒、または水冷された銅の
棒など、棒９５Ａで構成することができる。棒９５Ａを、炉床２６のすぐ上の高
さでプラズマ室２０に挿入し、これは自動で動かし、次にオペレータが手動で動
かすことができる。棒９５Ａは炉床２６内の物質が導電性になる点に加熱される
まで、接地経路を提供する。その時点で、始動棒９５Ａは自動または手動で動か
すことができる。
さらに図４を参照すると、先頭のドラム缶１２を他のドラム缶１２およびプラ
ンジャ・ヘッド６６でプラズマ室２０内に押し込むにつれ、先頭のドラム缶１２
はプラズマ室２０の超高温領域に入る。ドラム缶１２がプラズマ室２０に入るに
つれ、ドラム缶１２の前端は溶解し、廃棄物自体を室２０内の高温に露出する。
ドラム１２およびその中身が引き続き室２０に入ると、揮発性が高い、主に有機
化合物がプラズマ室２０内で挿発し、反応する。それと同時に、金属および無機
化合物が溶解し、炉床２６へと滴下する。炉床２６は、システム１０の運転中に
プラズマ室２０の底部として反応するよう配置されている。
次に、溶融物は炉床２６に含まれ、そこで再び２つの別個の留分または相に分
割される。つまり主に溶融金属と合金で構成された第１留分１０７（図１）と、
主に無機化合物で構成された第２「スラグ」留分１０９（図１）である。スラグ
１０９は、溶融金属より大幅に密度が低く、金属１０７から分離してその頂部に
浮く。スラグ１０９は融点が非常に高い物質を含むことがあるが、炉床２６内の
極端な状態により、スラグ１０９が液体、半液体、または少なくとも十分に注入
できる状態であることが確保される。
プラズマ室２０の効率的かつ有効な運転のために、種々の基準が考えられるこ
とが分かる。トーチのサイズに影響する要素には、廃棄物の組成（つまり廃棄物
のエンタルピー）、通常は廃棄物容器のサイズによって決まる必要なプラズマ・
アーク・スタンドオフの長さ、およびシステムの所望の廃棄物処理速度などがあ
る。種々の物質とエネルギー・バランスの設計値を下の表Ｉに示す。
正味トーチ・エネルギー＝７２０ｋＷ
プラズマ室容積＝１９３ｆｔ3（５．４７ｍ3）
２次室容積＝２２５ｆｔ3（６．３７ｍ3）
プラズマ・トーチ２２のパワー要件を規定したら、プラズマ室のサイズを決定
することができる。そのため、プラズマ室２０の過度に高いエネルギー密度は、
室に設置されている耐火材の寿命を短くし、下流のプロセス装置に対する温度制
御を困難にすることが観察されている。システムの最適エネルギー密度は、ほぼ
３１０〜３６０ｋＷ／ｍ3の範囲でよい。
主に図５を参照し、図６および図７も参照すると、炉床２６は炉床の中心に向
かって下方向に傾斜する１対の傾斜処理表面１１０を含む。この処理表面１１０
の一方は、炉床２６をプラズマ室２０の底部に当てて所定の位置に配置すると、
各廃棄物供給システムの真下に配置される（図２および図４）。第２廃棄物供給
システム８０を設ける場合は、他方の処理表面１１０がそれと整列する。プラズ
マ・トーチ２２がプラズマ室２０に入る廃棄物を加熱し、溶融するにつれ、その
物質は比較的短い距離を傾斜処理表面１１０へと落下する。次に、物質は溶解し
、傾斜処理表面１１０を炉床２６の中心へと滑り落ちるか流れ落ちる。
この傾斜状構造により、一定の制御可能な廃棄物処理ができる。供給システム
１８から炉床２６へと約数センチメートルの短い距離落下し、プラズマ室２０に
入るドラム缶１２の前端が徐々に溶融することで、炉床２６に落下する廃棄物か
らの衝撃応力が最小になる。傾斜処理表面１１０によって、廃棄物を炉床２６の
底部にある湯に徐々に導入することができ、これによって、内部の表面に局所的
な熱点を生成することによってプラズマ室の耐火材を損傷する可能性があるはね
返りが少なくなるか、なくなる。傾斜供給表面１１０は、廃棄物が湯に沈むのを
防止することによって、処理の促進も行う。沈むと、「スカル(skull)」、つま
り既に溶融し、より低温の供給材の周囲で凝固する物質が形成され、通常は供給
物を溶融する前に、これを溶融しなければならない。高温のプラズマ・ガスに直
接露出した供給物は、傾斜供給区域１１０でより急速に溶融する傾向がある。
廃棄物がプラズマ室２０および炉床２６に制御された状態で徐々に入ると、シ
ステム内の機械的、熱的および化学的変動を最小化するのにも役立ち、廃棄物処
理の制御性および効率をさらに上げることができる。
本発明の特徴によると、廃棄物が滴下し、溶融して炉床２６の湯を形成する間
、炉床２６は静止したままである。つまり、運転の溶融モード中に、炉床２６に
は横方向、回転、または他の並進運動力がほぼ与えられない。静止炉床２６は、
湯に導入される廃棄物の処理を促進する化学的にアグレッシブな熱質量を提供す
る溶融残滓を保持する。
しかし、溶融物を完全に処理するため、炉床２６は、トーチ２２を選択的に導
通できる複数の接地電極を提供することができる。図５および図７で図示したよ
うな一つの実施例では、炉床２６は第１主接地電極１１２および第２周辺または
外部接地電極１１４を含み、その重要性については、以下でさらに詳細に説明す
る。第１および第２電極１１２および１１４は、炉床２６の様々な位置に巧みに
配置される。接地ケーブル１１６（図６）は、接地電極１１２および１１４を、
炉床２６の底部にある鋼鉄板１１８および水冷支持板１２６を介して電気的接地
導体１２０に接続する。
図５、図６および図７を参照すると、炉床２６は第１電極１１２を囲む隆起し
た輪１２２を設け、溶融リードを第１電極から離れるよう案内するよう構成して
もよい。炉床２６は、深さに対する露出表面の比率を比較的大きくし、スラグと
気体相との質量移動を向上するよう明確に構成してもよい。この構成は、温度勾
配とトーチの攪拌との両方により、湯中の混合も向上させる。
炉床（またはるつぼ）２６の一つの実施例を詳細に示す図５、図６および図７
では、炉床２６が、圧延した１枚の鋼鉄外殻１１５から構築するか、所望の円形
または楕円形に形成してから中実の鋼鉄底板１１８を溶接できることが分かる。
側部外殻１１５は、プラズマ室のパージ空気への対流による熱伝達、および炉床
スプール区間２８の外壁への放射性熱電圧を介して冷却することができる。底板
１１８は、液体冷却（例えば水ジャケットを備えた）支持板１２６に直接取り付
けられ、これは物理的支持、接地および監視システム取付具、および炉床の傾斜
機構２９を炉床２６に取り付ける手段を提供する。炉床２６のいずれか、または
全部を、液体冷却するか、互いにボルト締めする、あるいはその両方を行うこと
ができる。そうすると、ユーティリティ取付具、支持システム、および傾斜機構
２９を、液体冷却支持板１２６ではなく炉床２６の側部区間１２７に取り付ける
ことができる。
液体冷却支持板１２６は、炉床２６の下の領域で許容可能な佐渡温度を維持し
、炉床の傾斜機構２９の構成要素を保護する働きもする。炉床スプール区間２８
の水冷壁は、炉床２６を囲む領域で許容可能な作動温度を維持し、炉床の傾斜機
構２９の構成要素をさらに保護する。
炉床２６の側部外殼１１５および底板１１８は、耐火材で裏打ちする。炉床２
６の内部層または高温表面耐火材は、特に湯および外部層からの耐熱性および耐
腐食性で選択され、低温表面耐火材は、熱伝達の最小化および内部層との適合性
で選択される。
一つの実施例では、板１１８で形成された炉床２６の底区間１２９は、断熱性
の高いれんが１２８（例えばK26-LI）の層１つ、断熱性が中位の高温れんが１３
０（例えばK33-LI）の層２つ、高温、高密度のれんが１３２（例えばRuby SR）
の層１つ、および溶解物の底部分と接触する高温表面耐火材を形成するラミング
混合物(ramming mix)１３４（例えばRuby Ramおよび／またはクロム・キャスタ
ブル）の層１つを含む。ラミング混合物１３４は、炉床２６の底区間１２９の板
１１８にある終端まで、接地電極１１２および１１４を覆う。ラミング混合物１
３４は、隣接する中間層として、側部区間１２７を通って炉床２６の頂部まで続
く。
図６に示す側部区間１２７の一の実施例について、それは、鋼鉄外殻１１８に
隣接する断熱性の高いれんが１３６（例えばK26-LI）の層１つ、高温高密度のれ
んが１３８（例えばAladin 80）の層１つ、炉床２６の底部および側部区間１２
９および１２７全体で隣接層を形成するラミング混合物１３４の層、および溶融
ライン高温表面またはスラグと気体の境界面を形成する高密度れんが１４０（例
えばRuby SR）を含む。側部区間１２７の外表面について、それは空冷で
き、表面温度を約２３０℃に維持するよう設計できる。
概して、れんが耐火材は、このタイプの環境で性能を改善し、使用寿命を延ば
すので、溶融物との境界面に配置される。しかし、れんが耐火材は溶融物がれん
が間の隙間を通過できるので、突き固めた耐火材の接触層が炉床底部の高温表面
材を構成し、側部区間１２７を通って延在して、溶融金属に対するシールを提供
する。構造的安定性のため、底区間１２９のれんが耐火材は、キー付きの円形れ
んがまたは形状に合わせて切断した直線のれんがでよい。しかし、側部区間１２
７のれんが耐火材のために、スラグ／気体または溶融物ラインの境界面に円形ま
たはアーチ状のれんがを設けて、寸法的安定性を高める。本発明の特徴によると
、炉床２６は溶融モード中は静止している。しかし、炉床は注入のために移動性
をもたせることができるが、通常は十分な量の廃棄物を処理し、溶融して炉床２
６に入れ、オペレータが湯の処理に満足する場合のみである。したがって、オペ
レータは、炉床２６を移動させるため、傾斜機構を開始し、制御することによっ
て収集モードを開始する。
特に図４を参照すると、傾斜機構２９は炉床スプール区間２８に収容され、こ
れは通常、プラズマ室２０の下に配置されるが、溶融システム１４の使用中は溶
融物収集室３０の上にある。したがって、装置の保守を容易にし、運転の安全性
を向上させ、放射性廃棄物処理時に装置が汚染する可能性を最小限に抑えるため
に、液圧アクチュエータおよび傾斜機構２９の主要アセンブリはプラズマ室２０
の外側に配置する。傾斜機構２９は注入モード中に炉床２６に移動性をもたせる
一方、炉床をおおむね支持する。
図２に示し、図５、図６および図７でさらに詳細に図示するように、傾斜機構
２９の一の実施例は、１対の回転式アクチュエータ１４２、１対の炉床傾斜シャ
フト１４４、１対の旋回式リンク１４６および１対の摺動ブロック１４８を含む
。特に、シャフト１４４は、旋回式リンク１４６を介してアクチュエータ１４２
によって駆動され、炉床２６は摺動ブロック１４８を介してシャフト１４４に結
合される。アクチュエータ１４２がオペレータの制御下で回転するにつれ、各分
岐対の中にある対向するリンク１４６は、効果的に「延在」し、「収縮」して
摺動ブロック１４８内にあるシャフト１４４を動かし、これが炉床２６を動かす
。
特に図５Ａを参照すると、炉床２６は傾斜機構２９によって、例えば上昇位置
、降下位置、第１傾斜位置、および痔２傾斜位置などの種々の位置になることが
でき、第１および第２傾斜位置は互いにほぼ対角線上で対向する。炉床２６が上
昇位置にある間、シャフト１４４対はアクチュエータ１４２により、旋回式リン
ク１４６を介して移動し、摺動ブロック１４４に形成されたスロットＳによって
制限されたような最大間隔の関係になることが分かる。さらに、炉床２６が降下
位置にある間、シャフト１４４の対は最小間隔の関係に移動する。さらに、炉床
２６が傾斜位置の一方にある場合、シャフト１４４の対は中間間隔の関係に移動
する。つまり両方のシャフト１４４が図５Ａで示すように「右」端または「左」
端になる。本発明の特徴によると、金属相１０７とスラグ層１０９の両方で注入
が完了すると、炉床２６は約１５．０度傾斜している。したがって、動作または
移動性が大きくなると発生するような応力、災害または事故を減少させるよう、
収集モード中に炉床２６の動作は最小限とされる。
全体として、傾斜機構２９は炉床２６内で並進（垂直）運動および回転（旋回
または傾斜）運動を与えることが分かる。一つの実施例では、炉床２６は溶融モ
ードの運転のために、プラズマ室２０の密封された底部分を形成するような位置
にプラズマ室２０とともに上昇し、その後、収集モード中に炉床２６への注入を
開始するよう降下する。降下すると、炉床２６はスラグ相１０９、次に金属相１
０７を収集するよう、２つの対角線上反対の方向に傾斜する（図１）。炉床２６
は、２つの反対する方向に傾斜している間、わずかに横方向に並進し、その大き
さは傾斜機構２９の種々の構成要素の構成を調節して、適宜増減することができ
る。
相１０９および１９６を収集した後、炉床２６を上昇させて、次の溶融モード
のためにプラズマ室２０の密封底部分を形成することができる。以下でさらに詳
細に検討するように、炉床２６を２つの対向する方向に傾斜し、そのうえ炉床２
６を別個の堰の構成にすることで、湯中のスラグ相１０９および金属相１０７を
ほぼ別個に独立して収集することができる。
明らかに、傾斜機構２９は種々の機能を果たし、例えばスラグおよび金属の除
去／収集の制御程度を上げる、プラズマ室２０と廃棄物供給システム１８と炉床
２６との物理的相互作用を最小限に抑える、分離した相を妨害することがある湯
中の乱流を抑えるなどである。さらに、傾斜機構２９のアクチュエータ１４２は
スプール区間２８の外側に配置されるので、その保守は容易に実行でき、人員が
プラズマ室２０内で放射性物質から汚染される可能性が下がる。
特に図７を参照すると、炉床２６の容積は約０．６７ｍ3である。しかし、炉
床２６がほぼ水平な場合に、スラグ相１０９と金属相１０７との別個の収集を容
易にするため（図１）、炉床は、主に１つの深さＤ１を有する主区画または封じ
込め区域１６０と、第１区画１６０内に多少延在してポケット１６３を形成する
、これより大きい深さＤ２を有する側部区画１６２とを提供する。明らかに、区
画１６０および１６２は、深さＤ２で通路１６６を提供するよう構成された底流
堰１６４によって分離される。
図５および図６を図７とともに参照すると、炉床２６はさらに、越流堰１７０
によって形成された第１注ぎ口１６０の形で第１出口を提供するよう構成され、
主区画１６０に含まれる溶融物がそこから注げるようにする。主区画１６０およ
びポケット１６３に含まれる溶融物は、第２注ぎ口１７２の形の第２出口を通し
、底流堰１６４および側部区画１６２とを介しても、炉床２６から注ぐことがで
きる。
前述したように、第１および第２接地電極１１２および１１４は、主区画１６
０および底流堰１６４に対して、炉床２６内に巧みに配置される。特に、第１電
極１１２は、主区画１６０に含まれる湯を加熱するため、ほぼ主区画１６０の中
心に配置される。このような加熱により、湯が相１０７と１０９に十分に分離さ
れることが保証される。第１電極１１２が導通しているプラズマ・トーチ２２は
、所定の、または予め選択したパターンで自動的に移動することができるが、炉
床２６内の湯を特別に、あるいは局所的に熱処理するため、このような自動的な
動作に対して、所望に応じてオペレータによる手動を優先させることができる。
金属相１０７がポケット１６４に入るよう、通路１６６がほぼ易流動性を維持
することを保証するため、第２接地電極１１４は、存在する任意の相を加熱する
ため、ほぼ底流堰１６４の下に配置される。つまり、トーチ２２が湯を処理する
際に（自動または手動で）移動するにつれ、第２接地電極１１４と導通時のアー
クが、通路１６６を遮断するような全ての相を効果的に溶融する。
本発明の別の特徴によると、廃棄物が炉床２６内へと滴下して溶融するにつれ
、重い方の金属相１０７が湯、特にポケット１６３の底部に向かって沈殿する傾
向があり、軽い方のスラグ相１０９は、湯の表面付近に浮く傾向がある。したが
って、炉床２６を（オペレータが制御して）第１注ぎ口１６８の側に傾斜すると
、軽い方のスラグ相１０９が炉床２６から越流堰１７０を越えて注がれる。炉床
２６を（これもオペレータが制御して）第２注ぎ口１６２の側に傾斜すると、底
流堰１７０によって、ほぼ重い方の金属相１０７のみが第２注ぎ口１７２から注
がれる。
スラグ相と金属相とを別個に注ぐため、炉床２６および傾斜機構２９は、対角
線上対向する２つの傾斜方向が炉床２６の第１および第２注ぎ口１６８および１
７２と一致し、整列するように配置される。したがって、炉床２６の二重の注ぎ
口および底流堰の形状と、傾斜機構２９の動作パターンとの協力的な効果により
、システムはスラグ相と金属相とを別個に収集することができる。さらに、オペ
レータが炉床２６の傾斜または注ぎを制御すると、金属相に対するスラグ相の比
率または炉床２６中のスラグ／金属の境界面の正確な位置に関係なく、収集中に
相１０７と１０９との間の相互汚染が、なくならないにしても大幅に減少させる
。
傾斜プロセスは、選択的かつ順次的に実行される、つまり炉床２６が制御され
たゆっくりした方法で一方向に選択的に傾斜し、分離した相の一方を炉床２６か
ら注げるようにし、次にほぼ反対方向に選択的に傾斜し、分離した相の他方を炉
床２６から注げるようにすることが観察される。金属相１０７は主に環境的に不
活性でリサイクル可能な金属を含むので、システム１０は、貴重な副産物が生じ
ない場合は、ほぼ無用で価値がなく、保存に費用がかかる低レベル廃棄物へと金
属を効果的に再分類できる。さらに、廃棄物内にある放射性およびＥＰＡ級の危
険成分は大部分がスラグ相１０９内に残っているので、スラグ相１０９を金属相
１０７から分離すると、廃棄物のより危険な成分を効果的に隔離し、最も安全な
補間を必要とする廃棄物の体積および／または量が削減される。
炉床２６は、流し込み間のほぼ最大の処理時間が２から３時間になるようなサ
イズにするが、これは廃棄物の性質に応じて変更してもよい。極めて頻繁に注ぎ
込むと、スラグ相１０９を注げる状態に維持するのに役立つ。スラグは、炉床２
６にある時間が長すぎると、固まることがある。この固化は、融点が低い物質が
炉床から揮発し、融点が高い方の溶融物が残るにつれ生じると考えられる。
図８および図９を参照すると、炉床スプール区間２８は、システム１０が作動
中は溶融物収集室３０の頂部に位置する。炉床２６に含まれる溶融物の極めて攻
撃的な性質のために、炉床２６は数カ所に裂け目(breach)を生じることがある。
裂ける間に炉床２６から放出される可能性がある溶融物を収容するため、２つの
部分から成る封じ込めシステムをシステム１０に組み込む。一つの実施例では、
第１部分が、炉床スプール区間２８内で炉床２６の下に、溶融物を保持できる水
冷床１７７を含む。炉床２６からの相１０７と１０９の注ぎ込みおよび収集を容
易にするため、床１７７は、上で支持された炉床２６の注ぎ口１６８および１７
２と整列する２つの口１７６を設けるよう構成される（図５）。口１７６は、耐
火材で裏打ちされた通路で、溶融残滓が炉床２６から、以下でさらに述べる溶融
物収集室３０に移動するのを容易にする。
封じ込めシステムの第２部分は、炉床スプール区間２８と溶融物収集室３０と
の間に配置された、水冷の円形鋼鉄回転弁１７８として実現してよい。弁１７８
は、口１７６間で炉床スプール区間２８の床１７７中に構成された開口部１８１
に収容された弁機構１７９上に回転式に支持される。回転弁１７８は、２つの口
または湯出し口１８２も含み、これは相１０７と１０９の収集中に、適宜床１７
７の口１７６と整列することができる（したがって注ぎ口１６８および１７２と
も整列する）。しかし、裂け目を含むために、回転弁１７８は炉床スプール区間
２８の口１７６を回転式に閉じ、炉床スプール区間２８内にある汚染物質を湯出
しする。
したがって、回転弁１７８は湯出しまたは収集運転中、開いたままであるが、
溶融モードや充填容器１８４を外して交換する時には閉位置に作動させる。可能
性は低いが、炉床に裂け目が生じた場合、溶融物は冷却するまで炉床スプール区
間２８に保持され、冷却した時点で、溶融システム１４の個々の区間が分離され
、固化した物質が手動で取り出される。
図２および図４で示すように、溶融物収集室３０は、長さ約３．７メートル、
幅１．２メートルおよび高さ１．５メートルの密封した長方形の室でよく、プラ
ズマ室２０および炉床スプール区間２８の真下に配置することができる。溶融物
収集室の各隅にあるねじジャッキ180は、全部が１つの油圧モータで駆動され、
溶融物収集室３０を所定の位置に上昇させ、炉床スプール区間２８の底部に対し
てそれを密封するのに使用することができる（図２のＲ参照）。水冷パイロン１
８５（半分が上昇し、半分が降下した状態で図示）は、溶融物収集室３０の中心
を通って垂直方向に向き、上述したように亀裂を防止するため、回転弁１７８を
閉じる弁機構１７９（図９）を支援する。溶融物収集室３０は、室３０から余熱
を除去し、室３０に入るプロセス・ガスを全て掻き出すため、連続的にエア・パ
ージされる。
システム１０の作動時、例えばスラグ相１０９用の犠牲ドラム缶および／また
は金属相１０７用のリサイクル可能な型など、収集容器１８４は溶融物収集室３
０内に配置される。収集容器１８４は、水冷の鋼鉄製外殻に封入され、これは湯
出し口１８２に対して密封したり、炉床２６から収集容器１８４に注ぎ込まれた
溶融物から熱を除去したり、収集容器が破断した場合に溶融物を収容したりする
。収集室３０の各端に扉を設け、例えばフォークリフトなどで室３０から出し入
れする。
図２で最もよく分かるように、炉床２６から注ぐ場合、炉床スプール区間２８
と溶融室３０との間の回転弁１７８は開放し、油圧機構を介して口１８２の下の
位置まで上昇する。注ぎ込みが終了すると、容器１８４は降下し、回転弁１７８
が閉じる。
前述したように、プラズマ室２０は溶融モードと収集モードとの間で作動する
。
溶融モードでは、廃棄物は炉床２６に滴下して溶融し、炉床２６は静止状態にあ
る。炉床２６の容量に到達すると、プラズマ室２０は収集プロセスが開始するに
ついれスタンバイ状態になり、オペレータが始動し、制御する炉床２６の傾斜を
開始する。したがって、システム１０が連続的に作動すると、プラズマ室２０は
収集プロセスの間、単にアイドル・モードになっている。言うまでもなく、シス
テム１０がバッチ式に作動すると、システム１０は停止し、溶融バッチを冷却さ
せることができる。冷却したら、スラグおよび金属残滓１０９および１０７を分
離可能な固化相として取り出すことができる。
図２、図３および図４を参照すると、プラズマ室２０、炉床２６および溶融物
収集室３０の運転および保守を容易にするため、溶融システム１４はモジュール
式のデザインを使用する。つまり、プラズマ室２０が作動中には、これらの３つ
の構成要素を互いに着脱式に接合する。一つの実施例では、炉床スプール区間２
８はプラズマ室２０の下に配置され、それと着脱式に接合されて、プラズマ室２
０の底部の働きをし、溶融物収集室３０は炉床スプール区間２８の下に配置され
、それと着脱式に接合されて、注がれた相を受ける。これらの構成要素はそれぞ
れ、例えばボルトで接合されたフランジ１８９（図８および図９）などの形のコ
ネクタにより、互いに解放可能な状態で固定される。
炉床スプール区間２８および溶融物収集室３０をプラズマ室２０から分離する
には、油圧作動のねじジャッキを使用し、炉床スプール区間２８に装着されたホ
ィール１８６が炉床区間２８を支持するよう設計された圧延レールに、支持表面
９２から所定の距離だけ上で接触するまで、前者の２つの構成要素を降下させる
。次に、溶融物収集システム３０を炉床区間２８から分離し、さらに支持表面９
２へと降下させると、その結果、３つの構成要素全部が完全に分離する。図２お
よび図３で最もよく分かるように、次に炉床２６および炉床スプール区間２８は
、例えば炉床２６Ｒなどのスタンバイ構成要素を運転位置まで上昇させている間
、保守、改造または交換のために遠隔位置に移動することができる。炉床スプー
ル区間２８および溶融物収集室３０がプラズマ室２０から分離している間、プラ
ズマ室の内部空洞５２に保守のためアクセスすることができる。
図１、図２および図３を参照すると、２次室３２の実施例が図示されている。
２次室３２は、入口通風孔１０４を通ってプラズマ室から、揮発して反応した廃
棄物を高温ガス（オフガス）の形で受け、有機物質から二酸化炭素および水蒸気
への変換を完成させる。
プラズマ室２０内の反応により有機物質を効果的に揮発させ、オフガスにする
間、プラズマ室２０は通常、正規組成以下の状態で作動し、プラズマ室２０と２
次室３２との間に生じる反応熱負荷の平衡を促進する。したがって、多くの有機
物が熱分解生成物として２次室３２に送られる。プラズマ室２０を正規組成以下
の状態で運転すると、廃棄物内に存在する金属が、酸化物の形に変換されて、ス
ラグ相１０９に組み込まれるのではなく、炉床２６内の還元金属相１０６内に保
持されることを効果的に保証する傾向もある。したがって、不活性および酸化物
質は、溶融したガラス質スラグとして炉床２６内にほぼ保持される。
さらに、室２０は大気圧以下の圧力で作動し、これは、容器１８４および関連
の構成要素の高度に保全された密封設計とともに、放射性物質が室２０内から外
部の建築施設へと移動するのを大幅に減少させる。
図２および図３を参照すると、オフガスがプラズマ室２０から２次室３２へと
通過できるよう、入口またはオフガス接続部１０４を設ける。入口１０４は、本
明細書で述べた他の耐火材で裏打ちしたり、液体冷却したりした要素と同様の方
法で、耐火材で裏打ちしたり、液体冷却したりすることができる。入口１０４の
冷却液システムは、プラズマ室２０の冷却液システムとは別個に作動するよう構
成し、「高温通風」モードでのシステム１０の連続運転を容易にしてもよい。
一つの実施例では、２次室３２は、２つの着脱式に固定された端部でほぼ密封
された、水平方向の右側の円形シリンダ１９４である。シリンダ１９４は、外径
が約２．８メートル、外側の長さが３．７メートルで、耐火材の内側に約１．７
ｍ×３．１ｍの内部空洞を設けることができる。内部寸法は、予想される最大流
量状態で約２秒というオフガスの滞留時間、および約１．８２という長さ／直径
比に基づいている。
２次室３２は、耐火材の裏打ちと液体冷却（例えば水冷）との両方を設けても
よい。２次室３２に使用する耐火材および断熱のタイプは、上述したプラズマ室
２０に使用したタイプと同様でよい。高温表面耐火材は、室３２内の高温、正規
運転中に遭遇する主に酸化状態、およびハロゲン化物質の処理および破壊による
酸性気体の腐食電位に抵抗する能力に基づいて選択される。低温表面耐火材は、
高温表面耐火材との適合性、および室３２の冷却システムへの熱損失を最小限に
する能力に基づいて選択される。一つの実施例では、高温表面耐火材は、厚さ約
１１．４ｃｍの７０％アルミナのスーパー・デューティ耐火れんがで、低温表面
（絶縁）耐火材は、厚さ約１１．４ｃｍのＫ−２６（１４２５℃）の絶縁耐火れ
んがでよい。耐火材に隣接する液体冷却鋼鉄表面は、例えばStalastic H.T.など
でコーティングし、腐食を防止することができる。
一つの実施例では、２次室３２は、円筒形本体１９４にフランジで取り付ける
平坦な端部１９６を備えるよう構成される。建設費を削減し、室３２内の流れの
パターンを改善する以外に、この構成は、室の容積を増加させたりなど、種々の
改造を可能にする。室内へのアクセスは、室３２の一方または両方端を外して実
行できる。
２次室３２は、入口１０４付近に例えば１．４ＭＭＢｔｕ／時間の天然ガス・
バーナ１９０などの熱源（図１）を含んで、プラズマ室２０から２次室３２に入
る未反応物質の反応を補助し、運転中には点火および熱源を提供することができ
る。これらの物質の完全な反応を確保するため、１つ以上の接線口２０６を介し
て２次室３２へ反応空気を加えることもできる。反応空気は、２次室３２内の気
体の低気圧流を促進することにより、混合を改善するため加えることもできる。
２次室３２をでるオフガスの目標作動条件は、オフガス中に約６〜１０％の範囲
の酸素があり、室３２内のオフガスの滞留時間が約２秒またはそれ以上で、出口
温度が約９８０℃以上である。
適宜、バーナー１９０の下流だが室３２の下のほぼ中間に、１つ以上の追加口
２１２を通して室３２にアンモニアまたはメタンを注入し、以下でさらに詳細に
検討するように、室３２内でのＮＯｘ化合物形成を抑制することができる。室３
２内の流量およびプロセス状態を制御し、室３２内で生成されるガス状流出蒸気
に未反応物質がほぼないことを保証することができる。ガス状流出蒸気は、入口
１０４の反対側の室３２の端部で、出口１９２を通って室３２を出て、ガス蒸気
はシステム１０の他の主構成要素、つまり以下でさらに詳細に述べる大気汚染防
止システム１６に入る。
要約すると、廃棄物溶融システム１４は、廃棄物を含むドラム缶１２をプラズ
マ室２０に供給するために少なくとも１つの廃棄物供給システム１８を含み、プ
ラズマ室でドラム缶１２はプラズマ・トーチ２２により極端な温度に曝される。
そこで、ドラム缶１２と廃棄物は湯として炉床２６に封じ込めるため、一定に滴
下し、溶融する。湯は、炉床２６内に設けた複数の接地電極１１２および１１４
により促進されるように、完全に加熱されて、溶融し、可動プラズマ・トーチ２
２は炉床と共に優勢的に、または選択的にアークを確立することができる。
湯が「軽い方の」スラグ相１０９と「重い方の」金属相１０７とに分離される
間、炉床２６は静止状態に維持され、スラグ相から金属相が沈降するのを妨害す
るような回転または並進動作がほとんどない。その後、湯が収集できる状態にな
ったら、炉床２６をプラズマ室２０から降下させ、炉床スプール区間２８に収容
された傾斜機構２９によって、一方向に傾斜させてから反対方向に傾斜させる。
特に、炉床２６は注ぎ口１６８に向かう一方向に傾斜させてスラグ相１０９を注
ぎ、次に注ぎ口１７２に向かう対角線上ほぼ反対方向に傾斜させて、金属相１０
７を別個に注ぐ。炉床２６内に底流堰１６４および２次接地電極１１４を設け、
傾斜機構２９を手動制御することにより、注ぎ込みプロセスが容易になり、これ
によってスラグ相１０９と金属相１０７との相互汚染がほぼ最小限になる。
炉床２６から注がれたスラグ相１０９および金属相１０７を収集するため、炉
床スプール区間２８には、溶融物収集室３０の上にある回転弁１７８に設けた湯
出し口１８２と整列した口１７６をもうける。スラグ相および金属相が炉床２６
から別個に注がれるにつれ、相は個々に整列した口１７６および湯出し口１８２
を通って、溶融収集室３０内の所定の位置に油圧で上昇した別個の収集容器１８
４に落下する。
上述したように、溶融システム１４は、システム１０が廃棄物処理を開始する
前に組み立てられる。特に、炉床スプール区間２８および溶融物収集室３０は、
炉床スプール区間２８がプラズマ室２０の底部に対して密封され、溶融収集室３
０が炉床スプール区間２８に対して密封されるように、プラズマ室２０に向かっ
て上昇する。保守のために、例えば炉床スプール区間２８および溶融物収集室３
０をレール１８８上に降下させ、そこで構成要素をさらに互いから分解させるな
どして、溶融システム１４を分解することができる。適宜、交換またはスタンバ
イ用構成要素を溶融システム１４に組み付けることができる。
非揮発性廃棄物が炉床２６に滴下して溶融する一方、プラズマ室２０内で形成
される揮発性廃棄物は、高温ガス（オフガス）の形で２次室３２で受ける。その
中で、この高温ガスは二酸化炭素と水蒸気に変換され、システム１０の他の主構
成要素、つまり大気汚染防止システム１６でさらに処理される。
まず、溶融システム１４について上記の表Ｉで示した情報に基づき、大気汚染
防止システム１６の操作エンベロープを示す下記の表IIを参照する。
図１、図２および図３で示すように、２次室３２からのオフガスは、誘引通風
機４２によって、口１９２を介して大気汚染防止システム１６に引き込まれる。
システム１６に引き込まれると、オフガスはまず、オフガスを冷却する蒸発冷却
装置３４と遭遇する。次にオフガスは、オフガス中に存在する同伴微粒子をほぼ
全部捕捉する１つ以上のバッグハウス３６を通り、さらにプレフィルタおよびＨ
ＥＰＡフィルタを含む２段階ＨＥＰＡフィルタ・バンク３８を通る。オフガスが
全急冷湿式スクラバ３９を通過するにつれ、酸性気体が除去される。その後、オ
フガスはデミスタ４０に、次にオフガスの温度を露点の十分上まで上昇させて下
流のシステムで凝結する可能性をなくす再加熱装置４１に遭遇する。オフガスが
環境に放出するための煙突４６に到達する前に、オフガスの一部は、以下でさら
に述べる目的のために、再循環システム４４によって分岐する。
大気汚染防止システム１６の蒸発冷却装置３４に関して、２次室３２からのオ
フガスを約２０５℃まで急速に冷却すると、ダイオキシンおよびフランの形成が
大幅に減少する。ダイオキシンおよびフランの形成に最適な温度範囲へのオフガ
スの滞留時間を最小限に抑えることにより、蒸発冷却装置３４は、システム１６
がオフガスをクリーンにする多くの手段の一つとなる。オフガスの冷却は、バッ
グハウス３６の作動温度も許容可能な範囲にする。
一つの実施例では、蒸発冷却装置３４が垂直塔Ｖ（図１）を含み、塔の頂部に
は散水ノズルが配置される。塔Ｖは、ノズルによって導入された急冷水滴を完全
に蒸発させるのに必要な滞留時間を提供するようなサイズにされ、したがってオ
フガスがバッグハウス３６に入る前に液体：気体の２相の流れはなくなる。蒸発
冷却装置３４は、火花防止装置としても機能し、バッグハウス３６を２次室３２
からほぼ隔離する。
主に図１を参照すると、蒸発冷却装置３４には、１つ以上の高温織物フィルタ
・パルスジェット・バッグハウス３６が続く。一つの実施例では、２つのバッグ
ハウス３６を使用して、より高いレベルの微粒子捕捉効率を確実に達成するスル
ープットおよび空気対布の比率を提供する。バッグハウス３６は、約２．０ミク
ロンより実質的に大きい微粒子を基本的に全部、および約０．５ミクロンより大
きい全微粒子の約９７％を除去する。バッグハウス３６は、２３０℃の温度で
連続的に作動する等級のフィルタ・バッグを使用し、実質的に最高の缶速度（バ
ッグ室内の気体速度）が、有機物含有率の高い供給物の処理中に発生するほぼ最
高のオフガス流量時に約９０メートル／分になるよう構成される。空気対布の比
率（織物の表面積１平方フィートを通って濾過される気体のｍ3／分）は、高い
流量の場合は約１．２：１のサイズにする。さらに、バッグハウス３６は、バッ
グを介した圧力低下が水柱約１２．０ｃｍを越える場合、フィルタ・バッグのパ
ルスを開始できるようにしてもよい。バッグの検査および保守を容易にするため
、アクセス口を組み込んで配置してもよい。
バッグハウス３６の次には、プレフィルタおよびＨＥＰＡフィルタを含む２段
階ＨＥＰＡフィルタ・バンク３８がある。バッグハウス３６を出るオフガスの温
度は、通常は標準的ＨＥＰＡフィルタの使用限度である１２０℃を超えているの
で、ＨＥＰＡバンク３８は、高温外被が高温（２６０℃）フィルタ要素を使用す
るよう構成される。
ＨＥＰＡフィルタ・バンク３８の第１段階は、「中間」プレフィルタを含む。
このフィルタは、中間微粒子を除去するために設けられ、高性能の第２段階ＨＥ
ＰＡフィルタを保護する。ＨＥＰＡフィルタ・バンクの第２段階は、高温ＨＥＰ
Ａフィルタを含む。このフィルタは、約０．３μｍ以上の微粒子に対して約９９
．９７％の定格収集効率を有する。
運転人員と装置の両方を保護するため、ＨＥＰＡバンク３８は二重外皮の断熱
耐候性外殻でよい。バンク３８は、各段階での圧力低下を監視し、フィルタ・バ
ンク全体でＤＯＰ試験を行うよう装備してもよい。
ＨＥＰＡフィルタ・バンク３８の次には、ともに腐食性スクラブ液を使用する
急冷装置１９７と充填床スクラバ１９８とを含む統合湿式スクラバ３９がある。
急冷装置１９７は、充填床スクラバ１９８に接続された垂直室に放出し、共通の
液溜め１９９を共用する液噴霧ノズルを含む。オフガスと冷却装置の噴霧は、液
溜め１９９に向かって共に流れ、そこで余分な液体は全て収集され、急冷装置１
９７を通して再循環する。急冷装置１９７は、気体が急冷装置１９７を出る前に
飽和状態(saturation)に到達することを保証する。
飽和気体は、急冷装置１９７を出た後、充填床スクラバ１９８に入る。スクラ
バ１９８は、一つの実施例では湿式であるので、気体とスクラブ液の逆流中に質
量移動を向上させるため、ランダムな充填内部を提供する。液体は、噴霧ノズル
・システムを使用して、床１９８の頂部に分散し、液体対気体の比率を約２．０
：２．７（ｌ／ｍ）/（ｍ3／分）にすることができる。圧力低下が約５００〜１
２５０Ｐａの場合、充填床スクラバ１９８はオフガスから過剰な酸を約９９％除
去することが予測される。湿式スクラバ１９８の周囲で制御下でオフガスを再循
環するのは、以下でさらに詳細に述べるように、リサイクル・システム４４で管
理し、スクラバ１９８を液体：気体比率の使用範囲の所望レベル内に維持するこ
とができる。
酸性気体を除去した後、システム１６は同伴した液体の小滴または噴霧をオフ
ガス流から除去するために、噴霧除去装置またはデミスタ４０を設ける。
オフガスは、誘引通風機４２に到達する前に再加熱装置４１に遭遇し、これは
電気的に操作し、二重外皮で断熱および耐候性の外殻でよい。再加熱装置４１は
、誘引通風機４２に水滴が入らない、あるいはその中で水滴が形成されない、通
風孔および煙突４６中での凝縮に伴う腐食の問題をなくすため、煙突４６で不透
明度限界を絶対超えないためなどの種々の理由から、飽和オフガスの温度を露点
より約１５〜４５℃だけ上昇させるようなサイズにされる。
誘引（ＩＤ）通風機４２は、煙突４６の上流にある最終的な構成要素でよい。
オフガスをシステム１６を通して吸い込み、ＩＤ通風機４２はプロセス全体で負
圧を維持する。ＩＤ通風機４２の周囲で制御状態でオフガスを再循環させ、シス
テム１６の運転中に経験する約８対１の低下比率(turndown ratio)を達成しなが
ら、通風機４２をその運転制御領域内に維持できるようにすることができる。通
風機４２は、耐腐食性タイプで、性能パラメータを変更できるようベルト駆動で
よい。
オフガスは、誘引通風機４２を出た後、煙突４６に到達する前に、通風孔１９
５を介して分岐され、まとめてブロック４４で示した（図１）再循環システムに
よってシステム１０内の数カ所のいずれかに迂回することができる。これらのシ
ステム４４は、オフガスの一部を（通風孔１９５Ａを介して）プラズマ室２０、
（通風孔１９５Ｂを介して）供給システム１８および／または（通風孔１９５Ｃ
を介して）湿式スクラバ３９の周囲へと再循環させるため、通風孔、弁、制御機
構、センサなどを含むことができる。
後者の再循環をまず検討すると、オフガスを供給室４８に再循環すると、酸素
が奪われたスィープ・ガス(sweep gas)が燃焼性気体の蓄積を防止する。また、
不活性供給物の処理中にオフガスの流量を増加させると、高い低下比率に伴う問
題を解消することにより、システム１０内の下流の構成要素の作動を向上させる
。
オフガスを湿式スクラバ３９の周囲に再循環させると、スクラバ３９がプロセ
ス中で、約８対１の低下で作動することができる。充填床スクラバ１９８は、満
足できる運転が達成できる条件の範囲が比較的狭い。スクラバ３９の周囲にオフ
ガスを再循環させると、スクラバ３９が最適な流れの状態で作動する一方、予想
される供給物の全範囲を処理することができる。
オフガスをプラズマ室２０へと再循環させることについて、これはシステムが
ＮＯｘの形成を制御する唯一の方法である。背景により、プラズマ室２０、およ
びそれより程度は低いが２次室の高温領域に窒素および遊離酸素が存在すると、
サーマル・ノックス(thermal ＮＯx)が形成される。したがって、サーマル・ノ
ックス排出物の制御は、オフガスをプラズマ室２０へ再循環させることによって
達成することができる。というのは、これがプラズマ室２０内の酸素の存在を制
限または減少させる傾向があるからである。
しかし、サーマル・ノックス排出物は、（Ｉ）非選択的な非触媒還元剤として
メタン（天然ガス）を使用するか、（II）選択的な非触媒還元剤としてアンモニ
アを使用する、あるいはその両方を使用することによっても制御できる。
プラズマ室２０にメタンを使用することについて、ＮＯｘ可燃物の含有率が低
い物質の処理中、プラズマ室２０のスィープ・ガスは通常、過剰空気状態を誘発
するのに十分な酸素を提供する。過剰空気状態で、プラズマ・トーチ２２は大量
のＮＯｘを発生することがある。可燃物含有率が低い物質の処理中にＮＯｘの初
期形成を抑制するため、メタンをリサイクルしたオフガス流と混合し、プラズマ
室
２０に注入することができる。メタンを注入すると、プラズマ室２０内の雰囲気
が還元状態になる傾向があり、これはサーマル・ノックスの形成を制限するか、
形成させないようにする。ＮＯｘの形成に使用できる酸素の量を減少させる上に
、メタンによって生成される高度の還元雰囲気は、ＮＯｘを還元し、窒素に戻る
傾向がある。
メタンおよび／またはアンモニアを２次室３２に注入する場合、注入した結果
、通常はＮＯｘがＮ２に還元される。メタンを注入する場合、プロセスは非選択
的プロセスとして操作される。つまり酸素とＮＯｘとの両方が還元剤によってほ
ぼ消費される。アンモニアを注入する場合、プロセスは選択的還元として操作さ
れる。つまり主にＮＯｘのみが還元される。選択的還元プロセスは、約８７０℃
の温度範囲で最適に働く傾向があり、したがって反応を完了するのに十分なエネ
ルギーが得られる。
非選択的プロセスでは、メタンをプラズマ室２０に注入し、滞留時間は３秒ま
でである。この非選択的プロセスは、非可燃性廃棄物のみを処理する場合に、特
に適切である。非可燃性廃棄物は通常、廃棄物の熱分解からプラズマ室２０内に
還元雰囲気を生成するのに十分な有機物質を含まない。したがって、ＮＯｘ還元
剤としてメタンを追加することにより、所望の時に還元雰囲気が生成される。ま
た、全ての無機廃棄物を処理すると、システム１０を通るオフガスの流量が少な
くなる。効果は比較的小さいが、このようにオフガスの流量が下がると、一部の
オフガス成分の性能に悪影響を与える可能性がある。したがって、２次室３２に
過剰空気を加えてメタンを燃焼させることにより、追加のオフガスが生成され、
下流にある装置に必要な低下比率が減少する。
選択的プロセスでは、アンモニアが２次室３２へのほぼ半ば、例えば口２１２
を通して注入される。２次室３２の高い温度とアンモニアの選択的還元作用とを
組み合わせると、ＮＯｘを窒素に変換する好ましい作用の動力学が働く。
したがって、オフガスの一部を再循環させてプラズマ室２０に戻すと、プラズ
マ室２０内のガス組成、つまり化学的性質の制御に役立つ。これは、不活性廃棄
物の処理中に室２０を通る流量を多くし、ＮＯｘ制御のためにメタンを予備混合
するのに役立つ。プラズマ室２０内における気体の化学的性質の制御について、
主要関心事の一つは、ＮＯｘ形成の制御に関することであるので、システム１０
は、オフガスが再循環して室２０に戻り、ＮＯｘの形成の大部分が発生するプラ
ズマ・アークの高温領域内で酸素濃度を低下させることができるようにする。メ
タンをプラズマ室２０の再循環流に追加すると、ＮＯｘの非選択的な非触媒還元
剤としての作用に加えて、この効果がさらに強化される。
大気汚染防止システム１６およびそのプロセスを要約すると、誘引通風機４２
が、蒸発冷却装置３４と織物フィルタ・パルスジェット・バッグハウス３６を含
む大気汚染防止システム１６を通して、オフガスを２次室３２から吸い込む。バ
ッグハウス３６の後にはＨＥＰＡフィルタ３８があり、さらに湿式スクラバ３６
がある。スクラバ３９の後で、オフガスはデミスタ４０によって液滴を除去され
、次に再加熱装置４１によって再加熱される。オフガスは、煙突４６に到達する
前に、窒素酸化物を還元するために、再循環システム４４によって引き出される
。さらに、メタンまたはアンモニアは、窒素酸化物を制御するため、溶融システ
ム１４の室に注入することができる。
プラズマ室２０および２次室３２のプロセスを補助するためにシステム１０へ
反応空気を供給することについて、図１０を参照する。システム１０は、反応空
気供給システム２００を通してプラズマ室２０内の雰囲気に融通性を与え、それ
を制御する。規定された空気の総量が、廃棄物の化学量論に基づいてプラズマ室
２０に供給される。しかし、プラズマ室２０の上レベルと下レベル間での空気の
分割は、オペレータが反応空気供給システム２００を介して制御する。空気の分
割を変更し、プラズマ室２０の下部分に入る酸素不足のリサイクル・オフガスの
量を調整することにより、オペレータは高温プラズマ・アークに接触する酸素の
量を制御し、室２０の上部分と下部分の相対的酸素濃度を制御し、湯の強制対流
冷却の量を制御することができる。
特に、プラズマ室２０の上区間と下区間の酸素濃度および相対的気体流量を制
御すると、例えばオペレータが上区間と下区間との間で気体流をずらして、気体
と固体の接触を制御し、溶融物と還元微粒子の同伴に対する強制対流冷却の効果
を調整し、ＮＯｘ発生率を減少させ、プラズマ室２０内の反応ゾーンを変更し、
プラズマ室の気体の酸化または還元特性を制御し、プラズマ室２０の上部分で廃
棄物規制物質または技術を導入または利用できるようにするなどによって、シス
テム１０を利する。
図１０に示すように、反応空気供給システム２００は、２つの別個のシステム
２００Ａおよび２００Ｂを含む。これはそれぞれプラズマ室２０および２次室３
２に役立つ。各空気供給システムは、まずブロワ２０２Ａおよび２０２Ｂが、個
々の室２０および３２に供給する共通マニホルド（ヘッダ）２０４Ａおよび２０
４Ｂに供給する。２次反応室３２については、ヘッダ２０４ＡＢが、２次室の入
口１０４（図２）の直前にあるリングに配置された４つの接線方向の口２０６に
供給する。プラズマ室２０については、ヘッダ２０４Ｂが２本の別個の反応空気
供給路２０８に分割され、一方はプラズマ室２０の上区間、他方は下区間に供給
する。プラズマ室２０に送られる反応空気の総量は、ライン２１１を介して主プ
ログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）２１０によって、主にプラズマ室２０
の出口温度の関数として制御される。しかし、２次室３２の出口温度および酸素
含有率も、それぞれライン２１３および２１４を介して１次空気制御信号に寄与
することができる。リサイクルされたオフガスの流れと、プラズマ室２０の上レ
ベルと下レベルとの空気分割とは、オペレータによって個々に制御されるが、２
次室３２の空気流は、２次室出口温度および酸素含有率の関数として、ＰＬＣ２
１０によって制御される。
さらに、システム１０は２次廃棄物の処理および管理も促進することが分かる
。システム１０の場合、２次廃棄物に含まれるのは、（Ｉ）収集された微粒子（
例えばフライアッシュおよび使用済みバッグハウスの袋またはＨＥＰＡフィルタ
に収集または捕捉された微粒子）で、廃棄物中に存在する多少の放射性核種はオ
フガス流に発達し、微粒子として収集され、さらに（II）酸性気体の処理に伴う
（塩化物および他のハロゲン類からの）塩である。微粒子の処理に関して、フラ
イアッシュおよび使用済みの袋およびフィルタは、プラズマ室２０で再処理する
ため、手作業でドラム缶１２Ｒに再梱包され（図１）、添加剤を加える場合と加
えない場合がある。オフガスは酸性気体英文の露点（例えば塩化水素の場合は１
４０℃）より高い温度に維持されるので、フライアッシュおよび使用済みの袋お
よびフィルタで収集される微粒子は、塩素およびハロゲン類がほぼない。したが
って、フライアッシュおよび使用済みの袋およびフィルタをプラズマ室２０内で
再処理する場合、これらの品目は（存在する全ての放射性核種とともに）湯のス
ラグ相１０９にほぼ組み込まれる。
フライアッシュおよび使用済みの袋およびフィルタには、上記の理由から塩化
物およびハロゲン類が比較的ないが、これら後者の元素はオフガス中に存在し、
その後、主に液溜め１９９で収集されるものとして、充填床スクラバ３９によっ
てほぼ除去される。しかし、微粒子、特に放射性核種は既にバッグハウス３６お
よびＨＥＰＡフィルタ・バンク３８によって既に除去されているので、スクラバ
３９によって除去される塩化物およびハロゲン類は、法律の規定に応じて非放射
性または低レベル放射性廃棄物として管理することができる。
したがって、微粒子を塩化物およびハロゲン類とほぼ分離することにより、シ
ステム１０は２次廃棄物流の管理を改善する。
したがって、本発明は、廃棄物をドラム缶に入れ、一定の制御可能な方法でシ
ステムに供給する、危険性廃棄物を処理する方法およびシステムを提供する。さ
らに、廃棄物ドラム缶を粉砕するか、予備選別する必要がなくなる。システムは
廃棄物を３つの生成物に分離する。つまり大気中に放出可能なクリーンな気体流
と、永久的な廃棄、保管またはリサイクルに適したスラグおよび金属留分とであ
る。
当業者は、本発明の範囲および教示から逸脱することなく、上述したシステム
をさらに改造、再構成または改善することができる。例えば、箱、カードボード
およびプラスチックのドラム缶、大量のスラッジ、スラリー、粒状および粉砕物
質を処理するよう変更してもよい。システムは、複数のプラズマ・トーチを使用
するか、非移行式プラズマ・トーチを使用するよう変更してもよい。非移行式プ
ラズマ・トーチを使用して、１次および２次室の天然ガス・バーナを置換しても
よい。システムは、相分離しない炉床システムを使用し、炉床が静止状態を維持
して、溶融物質を単一の残滓流として除去し、様々なタイプの廃棄物供給システ
ムが多種多様な廃棄物を扱い、複数の炉床が複数同時の、または延長した溶融物
のために垂直に整列するか、ほぼ横並びになるよう変更してもよい。
さらに、大気汚染防止システムは、適宜、多種多様に構成することができる。
例えば、システムが乾式スクラバを使用する場合、２次室３２からのオフガスを
冷却するために別の手段を用い、その後に追加のバッグハウスおよび／またはＨ
ＥＰＡフィルタを設けることができる。そのため、アルカリ反応物として炭酸水
素ナトリウムを注入し、未使用の炭酸水素ナトリウム、ナトリウム塩およびフラ
イアッシュがあれば、全て空気対布の比率が４：１のバッグハウスで収集される
。収集された固体は、バッグハウス・ホッパに移送され、希薄相の空気式移送シ
ステムを使用してリサイクルし、吸収剤注入システムに戻ることができる。
本発明は、本明細書で述べたまさにそのシステムおよび方法に限定されるもの
ではなく、以下の請求の範囲と、その請求の範囲にとって法的に資格のある同等
品の全範囲に関連して規定される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｆ２３Ｇ 5/00 １１５ Ｆ２７Ｂ 3/08
Ｆ２７Ｂ 3/08 Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４Ｇ
Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４ Ｇ２１Ｆ 9/30 ５５１Ｋ
Ｇ２１Ｆ 9/30 ５５１ 9/32 Ａ
9/32 Ｂ０９Ｂ 5/00
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，
ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ
Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ
，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，
ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ
Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ
，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ
，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，
ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｇ
Ｈ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ
，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，
ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ
Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ
，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ
(72)発明者 ゲイマー，レイモンド，エム.
アメリカ合衆国83402 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，ダブリュ．フオックスト
レイル レーン 5070
(72)発明者 ジリンズ，ロバート，エル.
アメリカ合衆国83404 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，エルク クリーク ドラ
イブ 1473
(72)発明者 ラーセン，ミロ，エム.
アメリカ合衆国83401 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，エヌ．フィフス イー.
5809
(72)発明者 リーサーマン，ゲーリー，エル.
アメリカ合衆国83404 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，エス．パインハースト
ドライブ 11625
(72)発明者 ポリング，スチーブン，ディ.
アメリカ合衆国83401 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，モントクリッフ 533
(72)発明者 ウオルフ，ウイリアム，ピー.
アメリカ合衆国83402 アイダホ州アイダ
ホ フォールズ，エセルズ レーン 1585
【要約の続き】
と、比重が比較的小さい第２スラグ留分とに分離できる
ようにする。溶融廃棄物を十分に処理すると、炉床はま
ずプラズマ室から降下し、次に第１方向に傾斜してスラ
グ留分を注ぎ、次に別の方向に傾斜して、炉床内に構成
された底流堰から金属留分を注ぐ。炉床は、底流堰の付
近に巧みに配置された第２接地電極を含み、これによっ
て廃棄物が底流堰の下の流路を通って流れるにつれ、溶
融状態を維持することが確保される。